WO1991004608A1 - Ausschaltkreis einer ansteuerschaltung für einen gategesteuerten halbleiter - Google Patents

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WO1991004608A1
WO1991004608A1 PCT/EP1989/001552 EP8901552W WO9104608A1 WO 1991004608 A1 WO1991004608 A1 WO 1991004608A1 EP 8901552 W EP8901552 W EP 8901552W WO 9104608 A1 WO9104608 A1 WO 9104608A1
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controllable
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PCT/EP1989/001552
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Rainer Marquardt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/73—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for dc voltages or currents
    • H03K17/732—Measures for enabling turn-off

Definitions

  • the invention relates to a switch-off circuit of a control circuit for a gate-controlled semiconductor, which can be controlled as a function of a switch-on command or a switch-off command into a current-conducting or a current-blocking switching state, the switch-off circuit being a controllable capacitor bank and a control circuit inductance having.
  • Gate-controlled semiconductors are to be understood here as switchable thyristors (gate turn-off thyristors, also called GTO thyristors) or other semiconductor switches which have a similar behavior and with which larger currents are switched.
  • the voltage and current relationships in the anode-cathode circuit and in the gate-cathode circuit when a GTO thyristor is switched off is shown in FIG. 1 together with the time course of the switching command.
  • the control circuit in particular the switching circuit, drives a negative gate current I G via the gate-cathode path of the GTO thyristor.
  • the gate current I ⁇ rises up to a gate reverse control current peak I RG and then drops again to zero.
  • this gate reverse control current peak I RG is reached , the gate voltage U ß rises steeply in order to finally fall on the gate reverse control voltage U RGß .
  • the anode current I ⁇ initially continues to flow in the anode-cathode circuit of the GTO thyristor until it finally drops steeply to a so-called tail current in the temporal region of the gate reverse control current peak I RG .
  • the time from the issue of the "OFF" switching command until the anode current drops sharply is referred to as the switch-off delay time t rf .
  • the time of decay of the anode current I ⁇ to the tail current is called.
  • the sum of the switch-off delay time l time tq is the switch-off time tgq of the
  • the voltage U D at the GTO thyristor initially rises to the value of the so-called needle voltage U Dp during the fall time of the anode current I ⁇ , and then to rise to the peak voltage U nM in the further course of the switch-off process.
  • the DC voltage U- .. is then finally at the GTO thyristor.
  • the voltage source of the switch-off circuit of the drive circuit should have a very low internal resistance. It is also important to ensure that the negative control voltage U RG that occurs is large in favor of good switch-off behavior, but does not exceed the maximum permissible value of the gate reverse control voltage U RGM for a longer time.
  • the exposure to negative control voltage in the avalanche region of the gate-cathode path is only permissible for a short time t fa .
  • a cathode battery is provided as the voltage source.
  • high capacitance and low voltage capacitors for example 10 mF / 16 V, are used. Due to the space requirement, electrolytic capacitors are used. However, these have a very limited service life at higher ambient temperatures and parasitic series resistances which rise sharply at low ambient temperatures.
  • the invention is based on the object of improving the controllable capacitor bank of the switch-off circuit of the control circuit in such a way that the voltage of the capacitor bank is increased significantly.
  • controllable capacitor bank has a freewheeling branch and that to the output terminals of the switching circuit Series connection, consisting of a decoupling diode and a further controllable capacitor bank, is electrically connected in parallel, the controllable capacitor bank being switched off again after the erasure process of the gate-controlled semiconductor and the further controllable capacitor bank being switched on as soon as the gate voltage has reached a predetermined nega ⁇ tive threshold voltage value exceeds.
  • This construction of the switch-off circuit of the control circuit for a gate-controlled semiconductor and the releasing voltage supply as a function of a negative threshold voltage value means that the capacitor voltage of the controllable capacitor bank is selected to be at least equal to twice the gate breakdown voltage compared to approximately two thirds of the gate breakdown voltage can.
  • the value of the capacitance can be reduced to approximately one ninth of the value of the previous capacitance with the same energy content of the capacitor bank, as a result of which electrolytic capacitors no longer have to be used.
  • Plastic film capacitors that have a greater temperature range are more reliable.
  • the disturbing influence of parasitic series resistances in the switching-off circuit is greatly reduced by the higher capacitor voltage, which makes higher, steep gate currents possible.
  • a controlled bridge circuit is provided as a controllable capacitor battery, the DC connections of which are connected via the capacitor and the AC connections are electrically conductively connected to one another via a primary winding of a toroidal transformer.
  • the freewheeling branch consists of a series connection of a diode and a secondary winding of the toroidal core transformer.
  • FIG. 2 shows a known control circuit for a gate-controlled semiconductor
  • FIG. 3 shows an embodiment of the switching circuit according to the invention of a control circuit
  • FIG. 4 illustrates a particularly advantageous embodiment of the switching circuit according to the invention.
  • FIG. 2 shows a basic circuit diagram of a control circuit 2 for a gate-controlled semiconductor 4, known from the magazine "Electronics", 64, issue 24, December 17, 1982, pages 16 to 21.
  • the control circuit 2 is also referred to as a control generator, which contains a switch-on circuit 6 and a switch-off circuit 8.
  • a turn-off thyristor or a GTO thyristor is provided as the gate-controlled semiconductor 4.
  • the switch-on circuit 6 or the switch-off circuit 8 contains a positive or a negative controllable capacitor bank 10 or 12.
  • a semiconductor switch 1.4 or 16 becomes the controllable one Capacitor battery 10 or 12 controlled, whereby the GTO thyristor 4 can be controlled in a current-conducting or a current-blocking switching state.
  • the switch-off circuit 8 also has a control circuit inductance L G , which ensures that the negative control current I ⁇ does not decrease too quickly during the switch-off time t and thereby adversely affects the switch-off process gq ⁇ b .
  • an excessive inductance L r must be avoided so that the steepness of the negative gate current I r does not become too low. With R G the parasitic resistance of the switch-off circuit 8 is designated.
  • FIG. 3 shows a simple embodiment of the switch-off circuit 8 according to the invention of a control circuit 2 in detail.
  • the switch-off circuit 8 consists of the controllable capacitor bank 12, the control circuit inductance L G and a series circuit 18 which is electrically connected in parallel to the output terminals G and K and which consists of a decoupling diode 20 and a further controllable capacitor bank 22.
  • the controllable capacitor bank 12 has a freewheeling branch 24, which contains a diode 26.
  • a capacitor voltage U ⁇ l is present at the output terminals 28 and 30 of this controllable capacitor bank 12 as soon as the semiconductor switch 16 is activated by means of the "OFF" switch command .
  • a plastic film capacitor 32 for example 1 mF / 50 V, is connected electrically in series with the semiconductor switch 16.
  • the further controllable capacitor bank 22 also consists of a semiconductor switch 34 and a plastic film capacitor 36, for example 0.1 F / 16 V.
  • the semiconductor switches 16 and 34 are metal oxide layer field-effect transistors (MOS-FETs), in particular self-blocking n-channel MOS -FETs. However, power transistors or thyristors can also be used.
  • the switching command switches from "ON” to "OFF", that is to say the semiconductor switch 16 becomes conductive, as a result of which a capacitor voltage U.sub.k1 is present at the output terminals 28 and 30 of the controllable capacitor bank 12, the value of which is twice as large as that Value of the gate breakdown voltage * J GBR of the GTO thyristor 4 used.
  • This high voltage value produces a high, steep negative gate current I G , which via the output terminal G, the control circuit inductance L G , the semiconductor switch 16, the Capacitor 32, the output terminal K and the gate-cathode path flows.
  • the gate voltage U p exceeds a predetermined, negative threshold voltage value, as a result of which the semiconductor switch 16 switches into the current-blocking state Switching state and the semiconductor switch 34 are controlled in the current-conducting switching state.
  • the value of the capacitor voltage U ⁇ l drops approximately to 0 V.
  • the negative gate current I ⁇ is driven via the freewheeling path up to the point in time t. Between times t 2 and t, the gate current I G decreases linearly.
  • the gate current I G commutes on the series circuit 18 (time t ,). Since only one voltage source is now required, as a result of which the current-blocking state of the GTO thyristor 4 is maintained, the capacitance value of the capacitor 36 is very much smaller than the capacitance value of the capacitor 32.
  • FIG. 4 shows an advantageous embodiment of the switch-off circuit 8 according to the invention. Compared to the embodiment according to FIG. 3, only the structure of the controllable capacitor battery 12 changes. For this reason, the same reference symbols designate the same elements.
  • the controllable capacitor bank 12 has a controlled bridge circuit 38.
  • This bridge circuit has either two controlled and two uncontrolled converter valves 40, 42 and 44, 46 or four controlled converter valves 40 to 46.
  • the connections 48 and 50 on the AC side are electrically conductively connected to one another via a primary winding 52 of a toroidal transformer 54.
  • the DC-side connections 56 and 58 are electrically conductively connected to one another via the capacitor 32.
  • the freewheeling branch consists of a series connection of the diode 26 and a secondary winding
  • L « is formed by the leakage inductance GL * - of the toroidal transformer 54.
  • the value of the capacitor voltage U... Can be significantly increased.
  • the use of the toroidal transformer 54 means that the controllable capacitor bank -12 is galvanically isolated from the gate-cathode path of the GTO thyristor-4, as a result of which the converter valves 40 to 46 of the controlled bridge circuit 38 are only a fraction of the value of the negative gate circuit.
  • Current I f . must be measured.
  • the even higher capacitor voltage U K3 generates an even higher and steeper gate current I r , which ensures that the GTO thyristor 4 is safely switched off over a wide temperature range.
  • the influence of the parasitic resistances is considerably reduced by the higher capacitor voltage U ⁇ .

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausschaltkreis (8) einer Ansteuerschaltung (2) für einen gategesteuerten Halbleiter (4), wobei der Ausschaltkreis (8) eine steuerbare Kondensatorbatterie (12) und eine Steuerkreisinduktivität (LG) aufweist. Erfindungsgemäß weist die steuerbare Kondensatorbatterie (12) einen Freilaufzweig (24) auf und zu den Ausgangsklemmen (G, K) des Ausschaltkreises (8) ist eine Reihenschaltung (18), bestehend aus einer Entkopplungsdiode (20) und einer weiteren Kondensatorbatterie (22), elektrisch parallel geschaltet, wobei die steuerbare Kondensatorbatterie (12) nach Beginn des Löschvorgangs des gategesteuerten Halbleiters (4) aus- und die weitere steuerbare Kondensatorbatterie (22) eingeschaltet werden, sobald die Gate-Spannung (UG) einen vorbestimmten negativen Schwellspannungswert überschreitet. Somit erhält man einen Ausschaltkreis (8), dessen Kondensatorspannung (UK1) wesentlich größer ist, wodurch höhere, steile Gate-Ströme (IG) erzeugt und der Einfluß der parasitären Serienwiderstände reduziert werden.

Description

Ausschaltkreis einer Ansteuerschaltung für einen gategesteuerten Halbleiter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausschaltkreis einer An¬ steuerschaltung für einen gategesteuerten Halbleiter, der in Abhängigkeit von einem Einschaltbefehl bzw. einem Ausschaltbe- fehl in einen stromleitenden bzw. einen stromsperrenden Schalt¬ zustand steuerbar ist, wobei der Ausschaltkreis eine steuerbare Kondensatorbatterie und eine Steuerkreisinduktivität aufweist.
Eine derartige Ansteuerschaltung ist aus der Zeitschrift "Elektronik", 64, Heft 24, 17. Dezember 1982, Seiten 16 bis 21, bekannt.
Unter gategesteuerten Halbleitern sollen hier ausschaltbare Thyristoren (Gate Turn-Off-Thyristoren, auch GTO-Thyristoren genannt) oder andere, ähnliches Verhalten aufweisende Halblei¬ terschalter verstanden sein, mit denen größere Ströme geschal¬ tet werden. Die Spannungs- und Stromverhältnisse im Anoden- Kathodenkreis sowie im Gate-Kathodenkreis beim Ausschalten eines GTO-Thyristors ist in Figur 1 zusammen mit dem zeitlichen Verlauf des Schaltbefehls dargestellt. Mit dem Umschalten des Schaltbefehls von "EIN" auf "AUS" wird durch die Ansteuerschal¬ tung, insbesondere dem Ausschaltkreis, ein negativer Gate-Strom IG über die Gate-Kathodenstrecke des GTO-Thyristors getrieben. Der Gate-Strom Iß steigt bis zu einer Gate-Rückwärtssteuerstrom- spitze IRG an, um dann wieder auf Null abzufallen. Bei Errei¬ chen dieser Gate-Rückwärtssteuerstromcpitze IRG springt die Gate-Spannung Uß steil an, um dann schließlich auf die Gate- Rückwärtssteuerspannung URGß : zufallen. Während des Abschalt¬ vorgangs fließt zunächst im Anoden-Kathodenkreis des GTO-Thyri- stors der Anodenstrom Iτ weiter, bis er schließlich im zeitli¬ chen Bereich der Gate-Rückwärtssteuerstromspitze IRG steil auf einen sogenannten Schweifstrom abfällt. Die Zeit von der Abgabe des "AUS"-Schaltbefehls bis zum steilen Abfall des Anodenstroms wird als Abschaltverzugszeit trf bezeichnet. Die Zeit des Ab¬ falls des Anodenstroms Iτ bis zum Schweifstrom bezeichnet man . Die Summe aus der Abschaltverzugszeit lzeit t q ist die Abschaltzeit tgq des
Figure imgf000004_0001
ichspannung UD am GTO-Thyristor steigt während der Abfallzeit des Anodenstroms Iτ zunächst auf den Wert der sogenannten Nadelspannung UDp, um dann im weiteren Verlauf des Abschaltvorganges bis zu der Spitzenspannung UnM anzusteigen. Im abgeschalteten Zustand liegt am GTO-Thyristor schließlich dann die Gleichspannung U-..
Um die für das Abschalten erforderliche hohe negative Gate- Rückwärtssteuerstromspitze IRG mit steilem Anstieg zu erzeugen, sollte die Spannungsquelle des Ausschaltkreises der Ansteuer- Schaltung einen sehr niedrigen Innenwiderstand haben. Ferner ist darauf zu achten, daß die auftretende negative Steuerspan¬ nung URG zugunsten eines guten Abschaltverhaltens groß gewählt wird, jedoch den höchstzulässigen Wert der Gate-Rückwärtssteuer- spannung URGM nicht für eine längere Zeit überschreitet. Nur für eine kurze Zeit tfa ist die Beanspruchung mit negativer Steuer¬ spannung im Avalanchebereich der Gate-Kathoden-Strecke zulässig. Bei dem bekannten Ausschaltkreis ist als Spannungsquelle eine Kathodenbatterie vorgesehen. Um die genannten Bedingungen zu erfüllen, werden Kondensatoren hoher Kapazität und niedriger Spannung, beispielsweise 10 mF/16 V, verwendet. Aufgrund des Raumbedarfs werden Elektrolyt-Kondensatoren verwendet. Diese haben jedoch bei höheren Umgebungstemperaturen eine sehr be¬ grenzte Lebensdauer und bei niedrigen Umgebungstemperaturen stark ansteigende, parasitäre Serienwiderstände.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die steuerbare Kondensatorbatterie des Ausschaltkreises der Ansteuerschaltung dahingehend zu verbessern, daß die Spannung der Kondensator¬ batterie wesentlich erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die steuerbare Kondensatorbatterie einen Freilaufzweig aufweist und daß zu den Ausgangsklemmen des Ausschaltkreises eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Entkopplungsdiode und einer weiteren steuerbaren Kondensatorbatterie, elektrisch parallel geschaltet ist, wobei die steuerbare Kondensatorbatterie nach Beginn des Löschvorgangs des gategesteuerten Halbleiters wieder aus- und die weitere steuerbare Kondensatorbatterie eingeschal¬ tet werden, sobald die Gate-Spannung einen vorbestimmten nega¬ tiven Schwellspannungswert überschreitet.
Durch diesen Aufbau des Ausschaltkreises der Ansteuerschaltung für einen gategesteuerten Halbleiter und der ablösenden Span¬ nungsversorgung in Abhängigkeit eines negativen Schwellspannungs- wertes wird erreicht, daß die Kondensatorspannung der steuerbaren Kondensatorbatterie wenigstens gleich der doppelten Gatedurch¬ bruchspannung gegenüber annähernd zwei Drittel der Gatedurch- bruchspannung gewählt werden kann. Dadurch kann bei gleichem Energieinhalt der Kondensatorbatterie der Wert der Kapazität auf ungefähr ein Neuntel des Wertes der bisherigen Kapazität reduziert werden, wodurch keine Elektrolyt-Kondensatoren mehr verwendet werden müssen. Zuverlässiger sind Kunststoffolien- Kondensatoren, die einen größeren Temperatureinsatzbereich auf¬ weisen. Außerdem wird der störende Einfluß parasitärer Serien¬ widerstände im Ausschaltkreis durch die höhere Kondensatorspan¬ nung stark reduziert, wodurch höhere, steile Gate-Ströme mög¬ lich werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, des Ausschalt¬ kreises ist als steuerbare Kondensatorbatterie eine gesteuerte Brückenschaltung vorgesehen, deren gleichstro seitige Anschlüsse über ιen Kondensator und deren wechselstromse tige Anschlüsse über eine Primärwicklung eines Ringkerntransformators elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Außerdem besteht der Frei¬ laufzweig aus einer Reihenschaltung einer Diode und einer Sekun¬ därwicklung des Ringkerntransformators. Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung erhält man eine galvanische Trennung zwischen der steuerbaren Kondensatorbatterie und dem gatege¬ steuerten Halbleiter. Dadurch kann die Kondensatorspannung der steuerbaren Kondensatorbatterie auf ein Vielfaches der Gate¬ durchbruchspannung erhöht werden. Durch die Verwendung des Ringkerntransformators wird außerdem erreicht, daß die Schalter der steuerbaren Kondensatorbatterie -nur noch für einen Bruchteil des Gate-Stroms ausgelegt werden müssen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemä¬ ßen Ausschaltkreises schematisch veranschaulicht sind.
Figur 2 zeigt eine bekannte Aussteuerschaltung für einen gate- gesteuerten Halbleiter, in
Figur 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aus¬ schaltkreises einer Ansteuerschaltung dargestellt und Figur 4 veranschaulicht eine besonders vorteilhafte Ausführungs¬ form des erfindungsgemäßen Ausschaltkreises.
Figur 2 zeigt eine aus der Zeitschrift "Elektronik", 64, Heft 24, 17. Dezember 1982, Seiten 16 bis 21, bekanntes Prinzipschalt¬ bild einer Ansteuerschaltung 2 für einen gategesteuerten Halb¬ leiter 4. Die Ansteuerschaltung 2 wird auch als Steuergenerator bezeichnet, der einen Einschaltkreis 6 und einen Ausschaltkreis 8 enthält. Als gategesteuerter Halbleiter 4 ist ein Abschaltthy¬ ristor oder auch ein GTO-Thyristor vorgesehen. Der Einschalt¬ kreis 6 bzw. der Ausschaltkreis 8 enthält eine positive bzw. eine negative steuerbare Kondensatorbatterie 10 bzw. 12. In Abhängigkeit von einem Einschaltbefehl "EIN" bzw. einem Aus¬ schaltbefehl "AUS" wird ein Halbleiterschalter 1.4 bzw. 16 der steuerbaren Kondensatorbatterie 10 bzw. 12 durchgesteuert, wodurch der GTO-Thyristor 4 in einen stromleitenden bzw. einen stromsperrenden Schaltzustand steuerbar ist. Der Ausschaltkreis 8 weist noch eine Steuerkreisinduktivität LG auf, die dafür sorgt, daß der negative Steuerstrom Iß während der Abschaltzeit t nicht zu schnell abnimmt und dadurch den Abschaltvorqanq gq ~ b ungünstig beeinflußt. Jedoch muß eine zu große Induktivität Lr vermieden werden, damit die Steilheit des negativen Gatestromes Ir nicht zu gering wird. Mit RG ist der parasitäre Widerstand des Ausschaltkreises 8 bezeichnet. In Figur 3 ist eine einfache Ausgestaltung des erfindungsge¬ mäßen Ausschaltkreises 8 einer Ansteuerschaltung 2 im einzelnen dargestellt. Der Ausschaltkreis 8 besteht aus der steuerbaren Kondensatorbatterie 12, der Steuerkreisinduktivität LG und einer Reihenschaltung 18, die elektrisch parallel zu den Ausgangsklem¬ men G und K geschaltet ist und die aus einer Entkopplungsdiode 20 und einer weiteren steuerbaren Kondensatorbatterie 22 besteht. Die steuerbare Kondensatorbatterie 12 weist einen Freilaufzweig 24 auf, der eine Diode 26 enthält. An den Ausgangsklemmen 28 und 30 dieser steuerbaren Kondensatorbatterie 12 steht eine Kondensatorspannung Uκl an, sobald der Halbleiterschalter 16 mittels des Ausschaltbefehls "AUS" angesteuert wird. Elektrisch in Reihe zum Halbleiterschalter 16 ist ein Kunststoffolien-Kon¬ densator 32, beispielsweise 1 mF / 50 V, geschaltet. Die weitere steuerbare Kondensatorbatterie 22 besteht ebenfalls aus einem Halbleiterschalter 34 und einem Kunststoffolien-Kondensator 36, der beispielsweise 0,1 F / 16 V. Als Halbleiterschalter 16 und 34 sind Metalloxidschicht-Feldeffekttransistoren (MOS-FETs), insbesondere selbstsperrende n-Kanal-MOS-FETs, vorgesehen. Es können jedoch auch Leistungs-Transistoren oder Thyristoren ver¬ wendet werden.
Anhand der dargestellten Verläufe der Gate-Spannung UG und des Gate-Stromes IQ soll die Funktionsweise des Ausschaltkreises 8 der Ansteuerschaltung 2 näher beschrieben werden:
Zum Zeitpunkt t, schaltet der Schaltbefehl von "EIN" auf "AUS" um, d.h., der Halbleiterschalter 16 wird leitend, wodurch an den Ausgangsklemmen 28 und 30 der steuerbaren Kondensatorbatterie 12 eine Kondensatorspannung Uκl ansteht, dessen Wert doppelt so groß ist wie der Wert der Gatedurchbruchspannunc *JGBR des ver¬ wendeten GTO-Thyristors 4. Durch diesen hohen Spannungswert wird ein hoher, steiler negativer Gate-Strom IG erzeugt, der über die Ausgangsklemme G, die Steuerkreisinduktivität LG, den Halbleiter- Schalter 16, den Kondensator 32, die Ausgangsklemme K und die Gate-Kathoden-Strecke fließt. Zum Zeitpunkt t2 übersteigt die Gate-Spannung Up einen vorbestimmten, negativen Schwellspannungs¬ wert, wodurch der Halbleiterschalter 16 in den stromsperrenden Schaltzustand und der Halbleiterschalter 34 in den stromleiten¬ den Schaltzustand gesteuert werden. Dadurch fällt der Wert der Kondensatorspannung Uκl annähernd auf 0 V. Mittels der durch die Steuerkreisinduktivität LG erzeugte Gegenspannung wird der negative Gate-Strom Iß über den Freilaufweg bis zum Zeitpunkt t, getrieben. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t, nimmt der Gate-Strom IG linear ab. Sobald der Wert der Gegenspannung der Steuerkreisinduktivität LQ kleiner ist als der Wert der Konden- satorspannung K2 der weiteren steuerbaren Kondensatorbatterie 22, die bereits zum Zeitpunkt t2 eingeschaltet wurde, kommu- tiert der Gate-Strom IG auf die Reihenschaltung 18 (Zeitpunkt t,). Da nun nur noch eine Spannungsquelle benötigt wird, wo¬ durch der stromsperrende Zustand des GTO-Thyristors 4 aufrecht¬ erhalten bleibt, ist der Kapazitätswert des Kondensators 36 sehr viel kleiner als der Kapazitätswert des Kondensators 32.
In Figur 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs¬ gemäßen Ausschaltkreises 8 dargestellt. Gegenüber der Ausfüh¬ rungsform gemäß Figur 3 ändert sich nur der Aufbau der steuer- baren Kondensatorbatterie 12. Deshalb bezeichnen gleiche Bezugs¬ zeichen dieselben Elemente.
Die steuerbare Kondensatorbatterie 12 weist eine gesteuerte Brückenschaltung 38 auf. Diese Brückenschaltung hat entweder zwei gesteuerte und zwei ungesteuerte Stromrichterventile 40, 42 und 44, 46 oder vier gesteuerte Stromrichterventile 40 bis 46. Die wechselstromseitigen Anschlüsse 48 und 50 sind über eine Primärwicklung 52 eines Ringkerntransformators 54 mitein¬ ander elektrisch leitend verbunden. Die gleichstromseitigen Anschlüsse 56 und 58 sind über den Kondensator 32 miteinander elektrisch leitend verbunden. Der Freilaufzweig besteht aus einer Reihenschaltung der Diode 26 und einer Sekundärwicklung
60 des Ringkerntransformators 54. Die Steuerkreisinduktivität
L« wird bei dieser Ausführungsform durch die Streuinduktivität G L*- des Ringkerntransformators 54 gebildet.
Durch diesen Aufbau der steuerbaren Kondensatorbatterie 12 kann der Wert der Kondensatorspannung U.,., wesentlich erhöht werden. Außerdem ist durch die Verwendung des Ringkerntransformators 54 die steuerbare Kondensatorbatterie -12 galvanisch von der Gate- Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors-4 getrennt, wodurch die Stromrichterventile 40 bis 46 der gesteuerten Brückenschaltung 38 nur noch für einen Bruchteil des Wertes des negativen Gate- Stromes I f. bemessen werden müssen. Durch die noch höhere Konden- satorspannung UK3 wird ein noch höherer und steilerer Gate-Strom Ir erzeugt, wodurch ein sicheres Abschalten des GTO-Thyristors 4 über einen großen Temperatureinsatzbereich gewährleistet wird. Außerdem wird durch die höhere Kondensatorspannung Uκ, der Ein¬ fluß der parasitären Widerstände erheblich reduziert.

Claims

Patentansprüche
1. Ausschaltkreis (8) einer Ansteuerschaltung (2) für einen gategesteuerten Halbleiter (4), der in Abhängigkeit von einem Einschaltbefehl bzw. einem Ausschaltbefehl in einen stromlei¬ tenden bzw. einen stromsperrenden Schaltzustand steuerbar ist, wobei der Ausschaltkreis (8) eine steuerbare Kondensatorbatte¬ rie (12) und eine Steuerkreisinduktivität (Lß) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die steuerbare Kondensatorbatterie (12) einen Freilaufzweig (24) aufweist und daß zu den Ausgangsklemmen (G, K) des Ausschalt¬ kreises (8) eine Reihenschaltung (18), bestehend aus einer Ent¬ kopplungsdiode (20) und einer weiteren steuerbaren Kondensator¬ batterie (22), elektrisch parallel geschaltet ist, wobei die steuerbare Kondensatorbatterie (12) nach Beginn des Löschvor¬ gangs wieder aus- und die weitere steuerbare Kondensatorbatte¬ rie (22) eingeschaltet werden, sobald die Gate-Spannung (U ) b einen vorbestimmten negativen Schwellspannungswert überschrei¬ tet.
2. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils als steuerbare Kondensatorbatterie (12 bzw. 22) eine Reihenschaltung, beste¬ hend aus einem Halbleiterschalter (16, 34) und einem Kondensa- tor (32, 36), vorgesehen ist.
3. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kapazität der weiteren steuerbaren Kondensatorbatterie (22) sehr viel kleiner ist als die Kapazität der steuerbaren Kondensatorbatterie (12).
4. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Freilaufzweig (24) eine Diode (26) enthält. .
5. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als steuerbare Kondensator¬ batterie (12) eine gesteuerte Brückenschaltung (38) vorgesehen ist, deren gleichstro seitige Anschlüsse (56, 58) über einen Kondensator (32) und deren wechselstromseitige Anschlüsse (48, 50) über eine Primärwicklung (52) eines Ringkerntransformators (54) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
6. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 1 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Freilaufzweig (24) aus einer Reihenschaltung einer Diode (26) und einer Sekundärwick¬ lung (60) des Ringkerntransformators (54) besteht.
7. Ausschaltkreis (8) nach Anspruch 1 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Streuinduktivität (LQ*-) des Ringkerntransformators (54) als Steuerkreisinduktivität (LG) vorgesehen ist.
PCT/EP1989/001552 1989-09-22 1989-12-15 Ausschaltkreis einer ansteuerschaltung für einen gategesteuerten halbleiter WO1991004608A1 (de)

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PCT/EP1989/001552 WO1991004608A1 (de) 1989-09-22 1989-12-15 Ausschaltkreis einer ansteuerschaltung für einen gategesteuerten halbleiter

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WO1993009600A1 (de) * 1991-11-02 1993-05-13 Abb Research Ltd. Gto-thyristorschaltung

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